JPH07306248A

JPH07306248A - 超伝導磁力計

Info

Publication number: JPH07306248A
Application number: JP6098613A
Authority: JP
Inventors: Toru Umezawa; 徹梅澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】超伝導量子干渉素子の電磁波による特性劣化
を、出力電圧のＤＣ成分の変化によって検出、または、
自動的に補正する装置を有する超伝導磁力計を得る。【構成】電磁波による超伝導量子干渉素子１のＤＣ出
力の変化をローパスフィルタ１１により取りだし、電磁
波のない環境であらかじめ設定したＤＣ電源１６の値と
比較し、差分の量を測定する。また、さらに、差分量を
使用して磁力計出力のずれを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超伝導量子干渉素子
の電磁波による特性劣化を測定および補正することで検
出磁界の測定精度を向上させる超伝導磁力計に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の超伝導磁力計を示すもの
であり、１は超伝導量子干渉素子、２はＤＣバイアス電
源、３はＬＣ共振回路、４は乗算器、５は積分器、６は
帰還抵抗、７はＬＣ共振回路の共鳴周波数の電流を発生
する発振器、８は磁界印加コイル、９は帰還回路切り替
えスイッチである。図１３は超伝導量子干渉素子の外部
磁界−出力電圧特性とよばれ、動作状態での外部磁界に
対して超伝導量子干渉素子１が素子の両端に発生する出
力電圧を示す。図１４はディスクリ特性とよばれ、外部
磁界に対する乗算器４の検波出力を示す。最初に帰還回
路切り替えスイッチ９を開けた状態で使用する。ＤＣバ
イアス電源２より超伝導量子干渉素子１の特性値である
臨界電流値の１．１倍程度のＤＣ電流を流す。この操作
により、超伝導量子干渉素子１は外部磁界に対して図１
３の特性を示す。次に、高周波を発振器７より発生させ
磁界印加コイル８により超伝導量子干渉素子１に変調磁
界を印加する。外部磁界の値により特定の出力電圧波形
が超伝導量子干渉素子１の両端に発生する。この出力波
形は発振器７の周波数成分および、その２倍の周波数成
分により構成される。出力波形はＬＣ共振回路３により
発振器７の周波数成分のみがＬＣ共振回路３のＱ値倍に
増幅される。増幅された出力波形は、乗算器４により検
波されＤＣ成分に変換される。このＤＣ成分は外部磁界
に対して、外部磁界−出力電圧特性の谷を原点として図
１４のディスクリ特性を示す。次に、帰還回路切り替え
スイッチ９を閉じる。ＤＣ成分は積分器５により積分さ
れ、帰還抵抗６および磁界印加コイル８をとおして超伝
導量子干渉素子１上でＤＣ磁界となる。これにより磁気
的な負帰還回路が構成され、超伝導量子干渉素子１に印
加されるＤＣ磁界の合計は常に外部磁界−出力電圧特性
の谷の位置になり、また、積分器５の積分出力は外部磁
界−出力電圧特性の谷の位置からの外部磁界のずれ量に
比例する。したがって、積分器５の出力を記録すること
により、外部磁界を測定することが可能になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１５に電磁波が超伝
導量子干渉素子に印加された場合の外部磁界−出力電圧
特性（実線）および電磁波が印加されていない超伝導量
子干渉素子の外部磁界−出力電圧特性（点線）の模式図
を示す。両波形を比較すると電磁波の影響は、外部磁界
−出力電圧特性の谷の部分が横方向にシフトすることお
よび谷の底の上下方向のシフトという形であらわれる。
従来の超伝導磁力計の場合、外部磁界−出力電圧特性の
谷を基準にして外部磁界を測定するので、谷の位置の横
方向のずれは基準点のずれに相当し、検出磁界はシフト
量分だけずれることになる。従って、電磁波の強度や受
け方が変化する屋外、動揺環境下ではこの現象は誤差と
なるという問題点があった。尚、上下方向のシフトは検
出磁界に影響を与えない。

【０００４】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたものであり、電磁波による磁力計出力の
雑音を抑えた磁力計を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる超伝導
磁力計は、外部磁界−出力電圧特性の谷の位置の電磁波
による横方向シフトが、谷の底の上下方向のシフトと１
対１の関係にあることに着目し、谷の底の上下方向のシ
フトを検出することにより電磁波の影響を定量的に測定
し、これにより電磁波の影響を受けていない検出磁界を
検出磁界全体より選別する。

【０００６】またこの発明に係わる超伝導磁力計は、外
部磁界−出力電圧特性の谷の位置の電磁波による横方向
シフトが、谷の底の上下方向のシフトと１対１の関係に
あることに着目し、谷の底の上下方向のシフトを検出す
ることにより電磁波の影響を定量的に測定し、さらに電
磁波の影響がないときの値との差をとることで電磁波に
よる特性劣化の有無を即時に判定できるようにする。

【０００７】この発明に係わる超伝導磁力計は、検出磁
界と同時に超伝導量子干渉素子の出力の変化から超伝導
量子干渉素子に印加される電磁波による特性劣化量を測
定し、劣化量が許容範囲内にある場合のみ検出磁界を出
力することで、検出磁界から電磁波の影響を受けている
部分を取り去る。

【０００８】またこの発明に係わる超伝導磁力計は、外
部磁界−出力電圧特性の谷の底の上下方向シフトを検出
し、超伝導量子干渉素子のＤＣバイアス電源に負帰還を
かけることで外部磁界−出力電圧特性の変化が無いよう
にし、電磁波の影響を消し去るものである。

【０００９】この発明に係わる超伝導磁力計は、谷の底
の上下方向シフトを検出し、あらかじめ測定しておいた
横方向シフト量と縦方向シフト量との関係から、磁力計
出力に補正量を自動的に加算することにより、電磁波の
影響を消し去るものである。

【００１０】

【作用】この発明は、電磁波の影響を受けているか否か
が定量的に判断できるので、得られた磁力計出力のデー
タの信頼性を向上させることができる。

【００１１】またこの発明は、電磁波の影響を受けてい
るか否かが即時にかつ定量的に判断できるので、得られ
た磁力計出力のデータの信頼性を向上させることができ
る。

【００１２】この発明は、電磁波による特性劣化時の検
出磁界を自動的に排除できるので、得られた磁力計出力
のデータの信頼性を向上させることができる。

【００１３】また、この発明は、電磁波の影響が軽減さ
れた検出磁界が得られるので、電磁波的に環境が悪い場
所でも正確な磁界検出ができる。

【００１４】この発明は、電磁波の影響が軽減された検
出磁界が得られるので、電磁波的に環境が悪い場所でも
正確な磁界検出ができる。

【００１５】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明による超伝導磁力計の一実施
例の構成を示す図であり、１０は分岐回路、１１はロー
パスフィルタ、１２は増幅器、１３は系列１信号、１４
は系列２信号である。ＬＣ共振回路３からの信号は分岐
回路１０により系列１信号１３および系列２信号１４に
分けられる。系列１信号１３は従来の超伝導磁力計の動
作に使用される。系列２信号１４はローパスフィルタ１
１によりＤＣ成分が取り出される。ＤＣ成分は通常数μ
Ｖ〜数十μＶと小さいので増幅器１２により記録可能な
量にまで増幅される。図２に電磁波の印加量と超伝量子
干渉素子による増幅器１２の出力、検出磁界の真値から
のずれの関係を示す。図２から電磁波の印加量と増幅器
１２の出力および検出磁界の間には一対一の関係がある
ことがわかる。従って、増幅器１１の出力を検出磁界と
同時に計測し、検出磁界の信頼度の指標とすることで、
信頼性を向上させる。

【００１６】実施例２．図３はこの発明による超伝導磁
力計の別の一実施例の構成を示す図であり、１５は減算
器、１６はＤＣ電源、１７はローパスフィルタＤＣ出力
信号、１８はＤＣ電源ＤＣ出力信号、１９は減算器ＤＣ
出力信号である。ＬＣ共振回路３からの信号は分岐回路
１０により系列１信号１３および系列２信号１４に分け
られる。系列１信号１３は従来の超伝導磁力計の動作に
使用される。系列２信号１４はローパスフィルタ１１に
よりローパスフィルタＤＣ出力信号１７に変換される。
ローパスフィルタＤＣ出力信号１７およびＤＣ電源１６
より発生されるＤＣ電源出力信号１８は減算器１５に入
る。減算器１５はローパスフィルタＤＣ出力信号１７お
よびＤＣ電源出力信号１８との差として減算器ＤＣ出力
信号１９を出力する。ここで、初期調整として、ＤＣ電
源１６を調整し磁界検出開始直前時に減算器ＤＣ出力信
号１９が０になるように調整する。減算器ＤＣ出力信号
１９は増幅器１２により計測可能な大きさまで増幅され
検出電磁波として記録される。図４に電磁波の印加量、
ローパスフィルタＤＣ信号出力１７、ＤＣ電源１６の出
力、増幅器１２の出力、検出磁界の真値からのずれを示
す。図４より、検出磁界の真値からのずれと増幅器１２
の出力は一対一の関係にあり、かつ増幅器１２の出力が
０からずれた時点で磁力計が正常動作していないことが
即時にわかる。従って、増幅器１２出力が許容値の範囲
を越える時の検出磁界を電磁波の影響を受けているとみ
なし使用不可とすることにより、検出磁界の信頼性を向
上させる。

【００１７】実施例３．図５はこの発明による超伝導磁
力計の別の一実施例の構成を示す図であり、２０は比較
器、２１は検出磁界出力スイッチである。系列１信号１
３による検出磁界は検出磁界出力スイッチ２１にとりこ
まれる。また、系列２信号１４はローパスフィルタ１
１、増幅器１２をとおり比較器２０に入る。比較器２０
では増幅器１２の出力が許容値を越えない範囲ではＯＮ
信号を、越えた場合はＯＦＦ信号を検出磁界出力スイッ
チに送る。検出磁界出力スイッチでは比較器２０よりＯ
Ｎ信号がきたとき積分器５の出力を検出磁界として出
力、ＯＦＦ信号が来たときはＦａｌｓｅ信号を出力す
る。図６に電磁波の印加量、増幅器１２の出力、比較器
２０の出力、積分器５の出力、検出磁界出力スイッチ２
１の出力を示す。図６より、電磁波の影響を許容値以上
に受けた場合の検出磁界が自動的に出力されたりＦａｌ
ｓｅ信号が発生する。これにより自動的に検出磁界をそ
の内から使用可能なデータのみを抽出することで信頼性
を向上させることができる。

【００１８】実施例４．図７はこの発明の別の一実施例
の構成を示す図であり、２２は切り替えスイッチ、２３
は増幅器ＤＣ出力信号である。切り替えスイッチ２２を
開いた状態で、系列２信号１４から減算器ＤＣ出力信号
１９を発生させる一連の操作の後、切り替えスイッチ２
２を閉じる。増幅器１２は減算器ＤＣ出力信号１９を増
幅して増幅器ＤＣ出力信号２３に変換し、超伝導量子干
渉素子１に供給する。減算器ＤＣ出力信号１９が負帰還
回路を構成するように増幅器１２の増幅率、極性は調整
されているので、電磁波により減算器ＤＣ出力信号１９
が０以外の値になると、負帰還の作用により減算器ＤＣ
出力信号１９が０になるように増幅器ＤＣ出力信号が発
生し、電磁波によるバイアス値のずれを補正する。図８
に電磁波の印加量、切り替えスイッチ開放時および接続
時の増幅器１２出力、切り替えスイッチ開放時および接
続時の検出磁界を示す。図８より、切り替えスイッチ接
続時は負帰還の作用により増幅器１２の出力は常に一定
に保たれる。これは超伝導量子干渉素子のφ−Ｖ特性を
図１５の電磁波印加前に近い状態に常に保つことであ
り、電磁波の影響が消し去られたことを意味する。従っ
て、検出磁界に現れる電磁波の影響は自動的に補正でき
る。

【００１９】実施例５．図９はこの発明の別の一実施例
の構成を示す図であり、２４は入力ｘに対して関数Ｆ
（ｘ）をもとに出力電圧を発生する補正出力発生器、２
５は加算器、２６は磁界補正信号、２７は検出磁界信号
である。図１０に電磁波印加時の増幅器１２と検出磁界
の真値からのずれ量との関係を示す。図１０より増幅器
１２の出力と検出磁界の真値からのずれ量の間には一対
一の関係があるので、この関数をＦ（ｘ）とする。これ
により電磁波により発生する減算器ＤＣ出力信号１９は
補正出力発生器２４により磁界補正信号２６に変換され
る。加算器２５は、検出磁界２７に磁界補正信号２６を
加算し補正検出磁界を出力する。図１１に電磁波の印加
量、補正出力発生器２４の出力、積分器５の出力、検出
磁界を示す。図１１より電磁波による磁界の真値からの
ずれは補正出力発生器２４の出力により補正される。従
って、電磁波の影響が自動的に補正できる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、一つ
の超伝導量子干渉素子により超伝導量子干渉素子の位置
における磁界および超伝導量子干渉素子の電磁波による
特性劣化の度合いを同時に測定することができるので、
屋外等の電磁波の存在する環境下でも超伝導磁力計の検
出磁界の変化を、磁界変化と電磁波による変化に分離で
き、測定結果の信頼性を評価し、使用できないデータを
削除することが可能となるという効果がある。

【００２１】また、この発明によれば、一つの超伝導量
子干渉素子により超伝導量子干渉素子の位置における磁
界および超伝導量子干渉素子の電磁波による特性劣化の
度合いを同時に測定することができるので、屋外等の電
磁波の存在する環境下でも超伝導磁力計の検出磁界の変
化を、磁界変化と電磁波による変化に分離でき、測定結
果の信頼性を評価し、使用できないデータを削除するこ
とが可能となるという効果がある。

【００２２】この発明によれば、一つの超伝導量子干渉
素子により超伝導量子干渉素子の位置における磁界およ
び超伝導量子干渉素子の電磁波による特性劣化の度合い
を同時に測定でき、かつ特性劣化が許容値の範囲内であ
る場合のみ検出磁界を出力するので、屋外等の電磁波の
存在する環境下でも、超伝導磁力計の検出磁界のうち電
磁波の影響を受けていない検出磁界のみの測定が可能と
なるという効果がある。

【００２３】また、この発明によれば、一つの超伝導量
子干渉素子により超伝導量子干渉素子の位置における磁
界および超伝導量子干渉素子の電磁波による特性劣化の
度合いを同時に測定しかつ劣化量を帰還することで超伝
導量子干渉素子の静特性を補正するので、屋外等の電磁
波の存在する環境下でも超伝導量子干渉計による磁界測
定が可能となるという効果がある。

【００２４】この発明によれば、一つの超伝導量子干渉
素子により超伝導量子干渉素子の位置における磁界およ
び超伝導量子干渉素子の電磁波による特性劣化の度合い
を同時に測定し、かつ劣化量から磁界の補正値を計算、
それによって検出磁界を補正するので、屋外等の電磁波
の存在する環境下でも超伝導量子干渉計による磁界測定
が可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す超伝導磁力計の構成
図である。

【図２】この発明の実施例１の動作説明図である。

【図３】この発明の実施例２を示す構成図である。

【図４】この発明の実施例２の動作説明図である。

【図５】この発明の実施例３を示す構成図である。

【図６】この発明の実施例３の動作説明図である。

【図７】この発明の実施例４を示す構成図である。

【図８】この発明の実施例４の動作説明図である。

【図９】この発明の実施例５を示す構成図である。

【図１０】電磁波を印加したときの増幅器１２の出力と
検出磁界の真値からのずれを示す図である。

【図１１】この発明の実施例５の動作説明図である。

【図１２】従来の超伝導磁力計の構成を示す図である。

【図１３】超伝導量子干渉素子の磁束電圧特性を示す図
である。

【図１４】超伝導量子干渉素子の出力を検波したときの
磁束電圧特性を示す図である。

【図１５】電磁波による影響を受けたときの超伝導量子
干渉素子の磁束電圧特性を示す図である。

【符号の説明】

１超伝導量子干渉素子２ＤＣバイアス電源３ＬＣ共振回路４乗算器５積分器６帰還抵抗７発振器８磁界印加コイル９帰還回路切り替えスイッチ１０分岐回路１１ローパスフィルタ１２増幅器１３系列１信号１４系列２信号１５減算器１６ＤＣ電源１７ローパスフィルタＤＣ出力信号１８ＤＣ電源ＤＣ出力信号１９減算器ＤＣ出力信号２０比較器２１検出磁界出力スイッチ２２切り替えスイッチ２３増幅器ＤＣ出力信号２４補正出力発生器２５加算器２６磁界補正信号２７検出磁界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超伝導量子干渉素子を用いて磁界を検出
する超伝導磁力計において、磁界を検出する超伝導量子
干渉素子と、この超伝導量子干渉素子を駆動するＤＣバ
イアス電源と、上記超伝導量子干渉素子に変調磁界を印
加する磁界印加コイルと、上記磁界印加コイルおよび乗
算器に変調電流を出力する発振器と、上記超伝導量子干
渉素子の変調出力を増幅するＬＣ共振回路と、上記ＬＣ
共振回路により増幅された出力を２系統に分岐させる分
岐回路と、上記分岐回路で分岐された出力の一方に上記
発振器の出力信号を乗ずる乗算器と、上記乗算器の出力
を積分し検出磁界に変換する積分器と、この積分器と上
記磁界印加コイルとの間に設けられた帰還抵抗と、上記
積分器の出力端から超伝導量子干渉素子に到るまでの帰
還回路を開閉する切り替えスイッチと、上記分岐回路で
分岐された出力の他方から超伝導量子干渉素子の出力の
ＤＣ成分を取り出すローパスフィルタと、このローパス
フィルタの出力を電磁波の量に換算する増幅器とを備え
たことを特徴とする超伝導磁力計。
【請求項２】超伝導量子干渉素子を用いて磁界を検出
する超伝導磁力計において、磁界を検出する超伝導量子
干渉素子と、この超伝導量子干渉素子を駆動するＤＣバ
イアス電源と、上記超伝導量子干渉素子に変調磁界を印
加する磁界印加コイルと、この磁界印加コイルおよび乗
算器に変調電流を出力する発振器と、上記超伝導量子干
渉素子の変調出力を増幅するＬＣ共振回路と、このＬＣ
共振回路により増幅された出力を２系統に分岐させる分
岐回路と、上記分岐回路で分岐された出力の一方に発振
器の信号を乗ずる乗算器と、この乗算器の出力を積分し
検出磁界に変換する積分器と、この積分器と上記磁界印
加コイルとの間に設けられた帰還抵抗と、上記積分器の
出力端から超伝導量子干渉素子に到るまでの帰還回路を
開閉する切り替えスイッチと、上記分岐回路で分岐され
た出力の他方から電磁波の影響度の指標となるＤＣ成分
を取り出すローパスフィルタと、電磁波の影響がないと
きのローパスフィルタの出力と同じＤＣ電圧を発生させ
るＤＣ電源と、上記ローパスフィルタの出力からＤＣ電
源の出力を差し引き電磁波の影響があるときのみ電磁波
の量に応じた出力を発生する減算器とを備えたことを特
徴とする超伝導磁力計。
【請求項３】超伝導量子干渉素子を用いて磁界を検出
する超伝導磁力計において、磁界を検出する超伝導量子
干渉素子と、この超伝導量子干渉素子を駆動するＤＣバ
イアス電源と、上記超伝導量子干渉素子に変調磁界を印
加する磁界印加コイルと、この磁界印加コイルおよび乗
算器に変調電流を出力する発振器と、上記超伝導量子干
渉素子の変調出力を増幅するＬＣ共振回路と、上記ＬＣ
共振回路により増幅された出力を２系統に分岐させる分
岐回路と、上記分岐回路で分岐された出力の一方に上記
発振器の出力信号を乗ずる乗算器と、この乗算器の出力
を積分し検出磁界に変換する積分器と、この積分器と上
記磁界印加コイルとの間に設けられた帰還抵抗と、上記
積分器の出力端から上記超伝導量子干渉素子に到るまで
の帰還回路を開閉する切り替えスイッチと、上記分岐回
路で分岐された出力の他方から超伝導量子干渉素子の出
力のＤＣ成分を取り出すローパスフィルタと、このロー
パスフィルタの出力がある許容された範囲内のときのみ
ＯＮ信号を発生する比較器と、この比較器のＯＮ信号を
受けたときのみ上記積分器の出力を検出磁界として出力
する検出磁界出力スイッチとを備えたことを特徴とする
超伝導磁力計。
【請求項４】超伝導量子干渉素子を用いて磁界を検出
する超伝導磁力計において、磁界を検出する超伝導量子
干渉素子と、この超伝導量子干渉素子を駆動するＤＣバ
イアス電源と、上記超伝導量子干渉素子に変調磁界を印
加する磁界印加コイルと、この磁界印加コイルおよび乗
算器に変調電流を出力する発振器と、上記超伝導量子干
渉素子の変調出力を増幅するＬＣ共振回路と、このＬＣ
共振回路により増幅された出力を２系統に分岐させる分
岐回路と、上記分岐回路で分岐された出力の一方に上記
発振器の出力信号を乗ずる乗算器と、この乗算器の出力
を積分し検出磁界に変換する積分器と、この積分器と上
記磁界印加コイルとの間に設けられた帰還抵抗と、上記
積分器の出力端から超伝導量子干渉素子に到るまでの帰
還回路を開閉する切り替えスイッチと、上記分岐回路で
分岐された出力の他方から電磁波の影響度の指標となる
ＤＣ成分を取り出すローパスフィルタと、電磁波の影響
がないときの上記ローパスフィルタの出力と同じＤＣ電
圧を発生させるＤＣ電源と、上記ローパスフィルタの出
力からＤＣ電源の出力を差し引く減算器と、この減算器
の出力を超伝導量子干渉素子にバイアス電流として帰還
し電磁波からの特性劣化によるバイアス点のずれを補正
する帰還ループを開閉する切り替えスイッチと、この帰
還ループの位相と帰還量を調整する増幅器とを備えたこ
とを特徴とする超伝導磁力計。
【請求項５】超伝導量子干渉素子を用いて磁界を検出
する超伝導磁力計において、磁界を検出する超伝導量子
干渉素子と、この超伝導量子干渉素子を駆動するＤＣバ
イアス電源と、上記超伝導量子干渉素子に変調磁界を印
加する磁界印加コイルと、この磁界印加コイルおよび乗
算器に変調電流を出力する発振器と、上記超伝導量子干
渉素子の変調出力を増幅するＬＣ共振回路と、このＬＣ
共振回路により増幅された出力を２系統に分岐させる分
岐回路と、上記分岐回路で分岐された出力の一方に上記
発振器の出力信号を乗ずる乗算器と、この乗算器の出力
を積分し検出磁界に変換する積分器と、この積分器と上
記磁界印加コイルとの間に設けられた帰還抵抗と、上記
積分器の出力端から超伝導量子干渉素子に到るまでの帰
還回路を開閉する切り替えスイッチと、上記分岐回路で
分岐された出力の他方から電磁波の影響度の指標となる
ＤＣ成分を取り出すローパスフィルタと、電磁波の影響
がないときの上記ローパスフィルタの出力と同じＤＣ電
圧を発生させるＤＣ電源と、上記ローパスフィルタの出
力からＤＣ電源の出力を差し引く減算器と、この減算器
の出力を増幅する増幅器と、この増幅器の出力に対応し
て検出磁界の補正値を出力する補正出力発生器と、この
補正出力発生器の出力を検出磁界と加算し電磁波の影響
を検出磁界から取り去る加算器とを備えたことを特徴と
する超伝導磁力計。